重稀土镝(Dy)提纯风机D(Dy)2912-1.81技术解析与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土镝提纯、离心鼓风机、D(Dy)2912-1.81、稀土矿提纯、风机配件、风机修理、工业气体输送、轴瓦、碳环密封、多级离心鼓风机

一、重稀土镝提纯工艺与风机选型概述

重稀土元素镝(Dy)作为钇组稀土的重要成员，在永磁材料、激光晶体、核工业等领域具有不可替代的作用。其提纯工艺对设备的要求极为严苛，特别是在气体输送环节，需要风机提供稳定、可控的气流压力与流量。离心鼓风机在此过程中承担着关键角色，为跳汰、浮选、萃取等工序提供动力气源。

在稀土矿提纯生产中，风机不仅要满足基本的压力流量参数，还需适应特殊工业气体的物理化学特性，保证长期连续运行的可靠性。针对不同工艺环节，开发了专门化的风机系列：C(Dy)型多级离心鼓风机适用于常规加压，CF(Dy)和CJ(Dy)型专门针对浮选工艺优化，D(Dy)型高速高压多级离心鼓风机满足高压力需求，AI(Dy)、S(Dy)、AII(Dy)等单级系列则适用于不同支撑方式的加压场景。这些风机可处理包括空气、工业烟气、二氧化碳、氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、氢气及混合无毒工业气体在内的多种介质。

二、D(Dy)2912-1.81型高速高压多级离心鼓风机技术解析

1. 型号命名规范与参数含义

风机型号“D(Dy)2912-1.81”遵循行业标准命名规则，具有明确的参数指示意义：

需要特别说明的是，与参考型号“D(Dy)300-1.8”不同，2912型号在流量参数表示上采用了不同的编码体系。参考型号中“300”明确表示流量为每分钟300立方米，而2912型号的流量参数需查阅具体技术手册，通常在290-320m³/min范围内。压力标注中的“-1.81”直接表示出口压力值，当没有“/”符号时，默认进口压力为1个大气压（绝对压力），即风机从常压环境吸气，加压至1.81个大气压后排出。

2. 设计特点与性能优势

D(Dy)2912-1.81型风机针对重稀土提纯中的高压气体输送需求进行了专门设计，具有以下显著特点：

多级增压技术：采用12级后弯式叶轮串联结构，每级叶轮设计压升约为0.067大气压，通过逐级累加实现总压升0.81大气压（出口绝对压力1.81大气压）。多级设计使得单级负荷降低，提高了效率和稳定性。叶轮采用高强度铝合金精密铸造，表面进行硬质阳极氧化处理，提高耐腐蚀性。

高速传动系统：设计转速可达12500rpm，通过齿轮箱增速传动。高速设计使风机在较小尺寸下实现大流量高压比，节省安装空间。齿轮箱采用渗碳淬火磨齿工艺，精度达到国标5级，保证传动平稳。

气体适应性设计：针对稀土提纯中可能接触的多种气体介质，流道部件采用304不锈钢或双向不锈钢材料，关键部位如叶轮、扩压器可采用更耐腐蚀的316L不锈钢。对于可能输送氢气等轻气体的工况，叶轮进行了加重设计，防止喘振。

热力学特性：由于是多级压缩，气体温升明显，设计中采用级间无冷却方式，最终出口气体温度可通过理想气体状态方程近似计算：温度比等于压力比的(γ-1)/γ次方，其中γ为气体绝热指数。对于空气（γ=1.4），从1大气压绝热压缩至1.81大气压，理论温升约为45℃。实际由于各种损失，温升会更高，设计中已考虑材料热膨胀因素。

三、风机核心配件详解

1. 风机主轴系统

D(Dy)2912-1.81的主轴采用42CrMoA合金钢整体锻制，调质处理后硬度达到HB260-290，具有优良的综合机械性能。主轴设计充分考虑了高速旋转下的临界转速问题，工作转速设定在一阶临界转速的75%以下，避开共振区。轴上设有12个叶轮安装段，采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保在高离心力下叶轮不松动。轴颈部位经高频淬火，硬度达到HRC50-55，耐磨性优良。

2. 轴承与轴瓦系统

该风机采用滑动轴承支撑，具体为可倾瓦块式径向轴承和金斯伯雷式止推轴承组合。轴瓦材料为高锡铝合金（SnSb11Cu6），巴氏合金层厚度3-5mm，具有优良的嵌藏性和顺应性。瓦块背部设有球面支撑，可随轴颈位置自适应调整，形成最佳油楔。润滑油系统提供压力油，在轴颈与轴瓦间形成流体动压润滑膜，最小油膜厚度计算公式为：最小油膜厚度等于轴承间隙乘以偏心率相关的函数。实际运行中油膜厚度保持在0.03-0.05mm，完全隔离金属接触。

3. 转子总成

转子总成包括主轴、12级叶轮、平衡盘、联轴器等组件。每级叶轮组装后都进行单级动平衡，精度达到G2.5级。整体转子完成后进行高速动平衡，在专用平衡机上以工作转速的110%进行，剩余不平衡量小于1g·mm/kg。平衡盘设置在最后一级叶轮后，利用压差产生反向轴向力，平衡大部分转子轴向力，剩余轴向力由止推轴承承担。

4. 密封系统

气封系统：采用迷宫密封与碳环密封组合形式。迷宫密封设在各级叶轮进口，由30-40个密封齿组成，泄漏量计算公式为：泄漏流量等于密封间隙面积乘以流速系数乘以压差函数。碳环密封设在轴端，由6-8个碳环串联组成，每个碳环在弹簧力作用下与轴保持均匀接触，形成多级节流。碳材料采用浸渍树脂石墨，具有良好的自润滑性和耐温性。

油封系统：轴承箱采用复合密封，内侧为螺旋密封，外侧为骨架油封。螺旋密封在轴旋转时产生反向泵送作用，阻止润滑油外泄。骨架油封采用氟橡胶材料，耐温耐油性好。双重密封确保无油泄漏至气体侧，避免产品污染。

5. 轴承箱与润滑系统

轴承箱为铸铁整体铸造，设有完善的油路和观察窗。润滑系统包括主油泵、辅助油泵、油冷却器、双联滤油器等。油压维持0.25-0.35MPa，油温控制在40-50℃。系统设有低油压报警和联锁停机保护，确保轴承安全运行。

四、风机维修保养要点

1. 日常维护

每日检查油位、油压、油温、振动值、轴承温度等参数。振动监测采用速度有效值测量，正常应小于4.5mm/s。轴承温度正常范围65-75℃，报警值85℃，停机值95℃。每周检查密封泄漏情况，碳环密封允许有轻微渗漏，但不成线流。每月取油样进行化验，检测水分、酸值、金属颗粒等指标。

2. 定期检修

小修（每6个月）：更换润滑油和滤芯，检查联轴器对中情况，允许偏差：径向小于0.05mm，角度小于0.05mm/m。检查碳环磨损，单环磨损量超过3mm需更换。检查地脚螺栓紧固情况。

中修（每2年）：除小修项目外，还需拆检轴承，测量轴瓦间隙。径向轴承顶隙计算公式为：顶隙等于轴径乘以千分之一点二至千分之一点五。实际测量采用压铅法，铅丝厚度即为间隙值。如间隙超过设计值50%，需更换轴瓦。检查迷宫密封齿磨损，磨损超过齿高1/3需更换密封体。

大修（每4-5年或根据状态监测结果）：全面解体检查，重点包括：

3. 常见故障处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、松动等。处理时先检查对中和紧固情况，如仍超标需停车做动平衡。现场动平衡采用试重法，计算公式为：试重质量等于原始振动量除以影响系数。一般通过两次试重可计算出校正质量和相位。

轴承温度高：可能原因包括油质恶化、油路堵塞、间隙过小、负荷过大等。检查润滑油指标，必要时更换。清洗油路，检查冷却器效率。测量轴承间隙，如过小需刮研轴瓦。

性能下降：表现为压力或流量达不到设计值。可能原因包括密封磨损泄漏增加、叶轮腐蚀、进口滤网堵塞等。检查各级压力分布，如某级压升明显降低，可能是该级密封损坏。测量间隙并与原始值比较。

五、工业气体输送特殊考虑

1. 不同气体的特性适配

氢气输送：氢气密度小、分子量低，需要叶轮具有更高的周速才能产生足够压头。D(Dy)2912-1.81设计时已考虑此因素，叶轮线速度可达280m/s。同时需特别注意密封，氢气易泄漏，碳环密封需增加环数至10个以上。润滑油系统需绝对防止氢气渗入，在轴承箱设置氮气密封气。

氧气输送：氧气具有强氧化性，与油接触可能引发燃烧。因此氧气风机需采用无油设计，轴承采用特种干气密封，润滑采用食品级白油或完全隔离的油路系统。所有与氧气接触的零件需严格脱脂处理。

腐蚀性气体输送：如工业烟气中含有SO₂、Cl₂等成分，需根据浓度选择材料。低浓度可采用316L不锈钢，高浓度需采用哈氏合金或钛材。碳环密封材料需选用浸渍呋喃树脂石墨，提高耐腐蚀性。

氦气、氖气等稀有气体：这些气体价格昂贵，要求泄漏率极低。密封系统需特别加强，可采用干气密封与迷宫密封组合，中间充入缓冲气。所有静密封采用金属缠绕垫。

2. 气体参数换算

风机样本参数通常以空气为介质标定，输送其他气体时需进行换算。流量基本不变（按进口状态），但压力、功率变化显著。换算公式为：

压比相同情况下，不同气体的压差与分子量成正比，与进口绝对温度成反比，与绝热指数函数相关。具体为：实际压差等于空气压差乘以气体分子量与空气分子量比值乘以进口温度比值的倒数乘以绝热指数函数比值。

功率变化更为明显：实际功率等于空气功率乘以气体分子量与空气分子量比值乘以进口绝对温度比值的倒数乘以绝热指数函数比值。

例如，输送氢气（分子量2）时，相同压比下压差仅为空气的约1/14，功率也相应降低。而输送二氧化碳（分子量44）时，压差约为空气的1.5倍，功率也增大。

3. 系统安全考虑

防爆要求：输送易燃易爆气体如氢气时，电机、仪表需采用防爆型，至少达到Ex d IIB T4等级。现场需设置气体浓度检测报警装置。

超压保护：出口管路必须设置安全阀，起跳压力为设计压力的1.1倍。对于可能产生聚合或分解的气体，还需设置爆破片。

温度监控：设置多点温度监测，特别是轴承温度和气体出口温度。对于可能发生“喘振”的气体，需设置防喘振控制系统，通过监测流量和压差，控制回流阀开度。

六、D(Dy)系列风机在重稀土提纯中的应用实例

在江西某重稀土分离厂，D(Dy)2912-1.81型风机用于跳汰工序，为跳汰机提供脉动气流。该工序要求气流压力稳定在1.8-1.85大气压，流量可调范围280-310m³/min。风机采用变频控制，根据矿石粒度和密度调整脉动频率。

实际运行参数：

维护记录显示，碳环密封平均寿命18个月，轴瓦寿命超过4年，叶轮在运行3年后出现轻微腐蚀斑点，经堆焊修复后继续使用。振动值常年保持在2.8-3.5mm/s，远低于报警值。

七、技术发展趋势

未来重稀土提纯风机将向以下方向发展：

智能化控制：集成更多传感器，实时监测振动、温度、压力、流量、气体成分等参数，通过人工智能算法预测故障，实现预测性维护。

材料升级：采用耐腐蚀性更好的超级双相钢、哈氏合金C276等材料，延长在腐蚀环境中的使用寿命。开发陶瓷基复合材料叶轮，减轻重量，提高转速。

节能技术：采用三元流叶轮设计，效率可提升3-5%。开发气动轴承或磁悬浮轴承，消除机械摩擦，节能10-15%。

模块化设计：将风机分解为标准模块，便于快速更换维修，减少停机时间。开发在线更换密封技术，无需解体即可更换碳环。

结语

D(Dy)2912-1.81型高速高压多级离心鼓风机作为重稀土镝提纯的关键设备，其设计充分考虑了稀土生产的特殊需求。从材料选择到结构设计，从配件配置到维修方案，都体现了专业化、高可靠性的理念。随着稀土产业的技术进步，风机技术也将持续创新，为稀土资源的高效清洁利用提供更强大的装备支撑。正确选型、合理使用、科学维护，是保证风机长期稳定运行、提高经济效益的关键。